Nazywana również silnikiem wiatrowym lub siłownią wiatrową (również w odniesieniu do elektrowni wiatrowej).
Jest zasadniczym element elektrowni wiatrowej. Urządzenie to zamienia energię kinetyczną wiatru na energię mechaniczną, a następnie przy użyciu generatora napędzanego wirnikiem na prąd elektryczny.
Historia idei i wykorzystania silnika wiatrowego, a także samej jego konstrukcji sięga kilku tysięcy lat. Datuję się, że ok. 400 lat p.n.e. w Indiach używano wiatraków w celu pompowania wody.
Z kolei początek naszej ery przyniósł stosowanie wiatraków w Chinach i krajach basenu Morza Śródziemnego gdzie ich głównym celem było nawadnianie bądź osuszanie pól pod uprawę lub zabudowę, a także mielenie ziaren zbóż.
W VIII wieku wiatraki zawitały do Europy, gdzie systematycznie rozwijały się do wieku XIX, kiedy to zostały zastąpione, przez maszynę parową. Największą popularność zyskały w Holandii ( szacowana liczba w XIX w to 10 tys. !) , i były wykorzystywane jako napęd pomp odwadniających na obszarach depresyjnych oraz podobnie jak w okresie z przed naszej ery pełniły funkcję młynów zbożowych.
W momencie wynalezienia elektryczności, wiatraki zyskały zupełnie nowe przeznaczenie.
W 1888 roku Amerykanin Charles F.Brush zbudował w Stanach Zjednoczonych Ameryki Północnej pierwszą siłownie wiatrową, produkującą energię elektryczną i szczycącą się mocą 12 kW.

Istnieją dwa rodzaje turbin wiatrowych :

I. O poziomej osi obrotu HAWT – Horizontal Axis Wind Turbines
W rozwiązaniu tego typu płaszczyzna wirnika jest ulokowana równolegle do kierunku przepływu wiatru.

W turbinach o układzie HAWT spotyka się różne rozwiązania konstrukcyjne. Najczęściej zróżnicowanie spowodowane jest ilością łopat wirnika:
• monopter ( z jedna łopatą )
Dzięki takiemu rozwiązaniu została zredukowana masa i koszt konstrukcji, aczkolwiek defektem jest prawie dwukrotne zwiększenie prędkości obrotowej wirnika (przy zapewnieniu mocy porównywalnej z tą uzyskiwaną z turbin z 3 płatami ) co przekłada się na wzrost hałasu,
• dwupłat
Łopaty umieszczone naprzeciw siebie. Koszty konstrukcji, i emisja hałasu jw.,
• trójpłat ( najczęściej stosowane )
Obecnie najbardziej popularne turbiny, ze względu na dobrą efektywność energetyczną i konieczność wyznaczania stosunkowo małych stref buforowych . Łopaty wirnika są charakterystycznie rozmieszczone co 120o ,

• turbina z dyfuzorem
Wirnik wraz z łopatami umieszczony jest w swego rodzaju „kołnierzu”, który zwęża swoją średnicę wraz ze zmniejszeniem odległości od niego. Dzięki takiej konstrukcji zgodnie z prawem Bernouliego dot. zachowania się danego ośrodka (w tym przypadku gazu) w rurze o zmniejszającej się średnicy, prędkość gazu wzrośnie. Tym samym wiatr, będzie przepływał, przez wirnik z większą prędkością niż, gdyby nie trafił do dyfuzora. Turbiny tego typu charakteryzują się bardzo wysoką wydajnością w stosunku do rozwiązań tradycyjnych, która jest ok. 3 krotnie większa,
• wiatrak amerykański
Posiada nawet kilkanaście łopat. Jest typowym wiatrakiem farmerskim napędzającym pompy wodne,
• turbina wykorzystująca efekt Magnusa
Elementem różniącym turbinę tego typu od innych jest kształt „łopat” wirnika.
Wyprofilowane łopaty zastąpiono 3 walcami, z których każdy obraca się wokół własnej osi, wytwarzając siłę nośną. Ponadto walce napędzane są silnikami elektrycznymi umiejscowionymi wewnątrz piasty.
Praca wirnika wyposażonego w tego typu „łopaty” możliwa jest dzięki efektowi Magnusa, polegającemu na powstaniu siły prostopadłej do kierunku ruchu, działającej na obracający się walec lub inną bryłę obrotową, która porusza się względem cieczy lub gazu,

• wiatrak grecki, wieżyczkowy koźlak i inne.
Stare nie używane gospodarczo wiatraki, mające znaczenie wyłącznie historyczne.

Turbiny HAWT można podzielić również względem ustawienia wirnika do wiatru w stosunku do wieży:
(Czy jest ulokowany tak, że wiatr najpierw opływa wrinik, a dopiero później gondolę wraz z wieżą czy też na odwrót).
• Down wind – wirnik umiejscowiony za wieżą ( rzadko spotykane rozwiązanie ),
• Up wind – wirnik umiejscowiony przed wieżą.

Moce osiągane, prze te turbiny oscylują w granicach kilkuset [W],  w przypadku małych turbin do zastosowań indywidualnych do nawet 8 [MW].

II. O pionowej osi obrotu VAWT – Vertical Axis Wind Turbines

Płaszczyzna wirnika jest ulokowana prostopadle do kierunku przepływu wiatru.
Turbiny tego typu powstały dopiero początkiem XX wieku za sprawą fińskiego inżyniera S.J. Savoniusa w 1922 r. i Francuza G.J-M. Darreriusa, który w 1931r. opatentował stworzony, przez siebie wirnik. Nazwy dzisiejszych turbin pochodzą od nazw ich twórców, a same urządzenia doczekały się kilku modyfikacji.

Dziś turbiny o pionowej osi obrotu możemy podzielić na dwie grupy :

• Turbina Darrieusa

Cechą charakterystyczną są 2 lub 3 długie i cienkie łopaty w kształcie litery „C”, które łączą się ze sobą w górnej i dolnej części osi obrotu.
Występują również łopaty proste równoległe do osi obrotu ( w liczbie kilku sztuk).
Plusem jest fakt, iż turbina działa niezależnie od kierunku wiatru co pozawala zaoszczędzić na mechanizmie naprowadzającym turbinę „na wiatr”, aczkolwiek pierwotnie urządzenie to do rozruchu potrzebowało jakiegoś napędu ze względu na wysoki moment rozruchowy.

Rozwinięcia tego typu turbiny to np :

1. Turbina H – Darrieusa

Wirnik zaopatrzony w 3 łopaty, które są równolegle umiejscowione do osi obrotu. Całość osadzona na kratownicowej stalowej konstrukcji. Bardzo mało popularne.

2. Turbina Gorlova

Rozwiązanie konstrukcyjne poniekąd łączące ze sobą cechy Darrieusa i konfiguracji Savoniusa. Turbina została opatentowana w 2001r. i jest wolna od wad, którymi obarczony był klasyczny Darrieus tj. nie potrzebuje napędu zewnętrznego do startu, wyeliminowano pulsujący moment, a także zredukowano hałas, przy wytwarzany, przez pracujące urządzenie.

• Turbina Savoniusa

Cechą charakterystyczną tej turbiny jest kształt. Otóż jej poziomy przekrój przypomina literę S.
Mechaniczne działanie Savoniusa w przeciwieństwie do wyżej wymienionych turbin, w zdecydowanej większości oparte jest na sile naporu wiatru, a nie wytworzeniu i wykorzystaniu siły nośnej.
W energetyce turbiny te są rzadko wykorzystywane ze względu na niską sprawność, co przekłada się na duże rozmiary tych urządzeń w celu uzyskania określonych mocy.
Aczkolwiek dzięki prostocie konstrukcji, dużemu momentowi startowemu, a także możności wytrzymania wiatrów wiejących z prędkością nawet 60m/s ! znalazły zastosowanie jako zasilanie do boj głębinowych, anemometrów czy tez pomp wody.

1. Turbina świderkowa

Kształtem przypomina helisę DNA. Jest rozwinięciem Savoniusa o znacznie lepszych parametrach energetycznych, zachowując jednocześnie niski parametr startowy wynoszący zaledwie 1,5m/s i świetnie znoszący silnie wiatry nawet do 60 m/s
Lekka konstrukcja i mała waga czyni z nich urządzenia zdolne do instalowania na dachach budowli, przyczyniając się do ich samowystarczalności energetycznej.

Turbiny o pionowej osi obrotu to nie wątpliwe przyszłość energetyki rozproszonej i nowoczesnego budownictwa mieszkalno – użytkowego i drogowego. Niewielkie wymiary i waga ( wysokość turbiny od kilkuset centymetrów, waga do 200kg wieża w postaci masztu w zależności od potrzeb max. do 10m ) sprawiają, że mogą być wszechstronnie użytkowane :

• Gospodarstwa domowe,
• Oświetlenie uliczne,
• Farmy wiatrowe ,
• Jachty, statki ,
• Zastosowania przemysłowe,
• Hybrydowe systemy solarne.

Budowa w oparciu o turbiny typu HAWT

Turbiny zbudowane są z 3 głównych elementów :

• Wieża – element na, którym osadzona jest gondola. Jej zadaniem jest „wyniesienie” gondoli z wirnikiem na odpowiednią wysokość, ponad poziom terenu. Wysokość współczesnych wież sięga kilkuset metrów.
• Gondola – to element konstrukcyjny, który stanowi obudowę dla zespołu napędowego. Umiejscowiona jest na łożysku wieńcowym, które umożliwia jej obrót wokół wieży i ustawienie pod wiatr. ( możliwy obrót to 3600 )
W gondoli kryje się wał wprawiany w ruch, przez wirnik i napędzający prądnicę – najczęściej asynchroniczną.
Ponadto mieści w sobie transformator, łożyska, układy smarowania, przekładnie i hamulec.
• Wirnik – Najważniejszy element każdej turbiny wiatrowej. To właśnie za jego pomocą możliwa jest zamiana energii kinetycznej wiatru w pracę i jest on pierwszym elementem łańcucha energotwórczego. Składa się z profilowanych aerodynamicznych łopat zbudowanych najczęściej z włókna szklanego wzmocnionego poliestrem co zapewnia wytrzymałość i redukuje wagę. Każda z łopat tkwi w piaście ( przymocowanej do gondoli ), gdzie znajduje się mechanizm pozwalający na zmianę kąta nachylenia łopat tzw. skoku .
Z racji dużych wysokości na jakich pracują turbiny wiatrowe w łopatach instaluje się również instalacje odgromowe, a nawet przeciw oblodzeniowe.

Rozmiary łopat dzisiejszych turbin wynoszą nawet kilkadziesiąt metrów długości !

Zasada działania w oparciu o turbiny typu HAWT

Kluczem do efektywnego działania każdej turbiny wiatrowej są jej łopaty i ich właściwe wyprofilowanie. Profil płata łopaty jest zaprojektowany w taki sposób aby każda ze stron łopaty, górna i dolna miała różne długości. Wiatr „opływając” powierzchnię dłuższą ( górna część łopaty ) i krótszą ( dolna część ) stwarza wystąpienie różnicy ciśnień co powoduje powstanie siły ciągu skierowanej ku ośrodkowi o niższym ciśnieniu. Tym samym wirnik za pomocą łopat zostaje wprawiony w ruch obrotowy. Wirnik, który jest osadzony na wale niskoobrotowym za pomocą przekładni i wału wysokoobrotowego napędza prądnicę. Przekładnia służy zwiększeniu prędkości obrotowej, wału ze względu na fakt iż prądnica asynchroniczna wytwarza energię elektryczną, przy obrotach wynoszących ok. 1500/minutę, natomiast prędkość wirnika poruszanego siłą wiatru to najczęściej 15-20 obrotów/minutę.